package chapter7;

import java.util.Random;

/**
 * 快速排序
 * <p>
 * 原址排序-最坏O(n^2)/平均O(nlgn)
 */
public class QuickSort {

    public static void quickSort(int[] A, int p, int r) {
        if (p < r) {
            int q = partition(A, p, r);
            quickSort(A, p, q - 1);
            quickSort(A, q + 1, r);
        }
    }

    public static void tailRecursiveQuickSort(int[] A, int p, int r) {
        while (p < r) {
            int q = partition(A, p, r);
            tailRecursiveQuickSort(A, p, q - 1);
            p = q + 1;
        }
    }

    public static void randomizedQuickSort(int[] A, int p, int r) {
        if (p < r) {
            int q = randomizedPartition(A, p, r);
            quickSort(A, p, q - 1);
            quickSort(A, q + 1, r);
        }
    }

    public static void randomizedTailRecursiveQuickSort(int[] A, int p, int r) {
        while (p < r) {
            int q = randomizedPartition(A, p, r);
            tailRecursiveQuickSort(A, p, q - 1);
            p = q + 1;
        }
    }

    /**
     * 随机化版本的意义在于消除极端案例的时间复杂度,例如已经排好序的或与目标整好倒序的情况
     * <p>
     * 快排的核心取决于partition的选择,从概率角度来说,用随机抽样的方法选择partition,使得划分的数组区间是均匀分布的,则将极端情况变成了普通情况
     *
     * @param A
     * @param p
     * @param r
     * @return
     */
    public static int randomizedPartition(int[] A, int p, int r) {
        Random random = new Random();
        int i = random.nextInt(r - p + 1) + p;

        int temp = A[i];
        A[i] = A[r];
        A[r] = temp;

        return partition(A, p, r);
    }

    public static int partition(int[] A, int p, int r) {
        // 选择一个基数
        int x = A[r];
        int i = p - 1;
        for (int j = p; j <= r - 1; j++) {
            // 将小于基数x都前移
            if (A[j] < x) {
                i++;
                swap(A, i, j);
            }
        }
        // 将基数前置到i+1的位置,也就是小于x数列的末尾
        swap(A, i + 1, r);
        // 将移动后的基数下标返回,返回这个下标会将这个下标之前的数都设置为小于当前i+1的数,则在递归结束后排序也就结束
        return i + 1;
    }

    private static void swap(int[] A, int i, int j) {
        int temp = A[i];
        A[i] = A[j];
        A[j] = temp;
    }

}
